中國粉體網(wǎng)訊  國計民生始終是納米光子學(xué)研究關(guān)鍵的落腳點，納米級物體的檢測技術(shù)對疾病早期檢測，環(huán)境檢測，國土安全等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價值。當涉及到納米尺度量級物體的檢測時，我們不僅僅追求檢測精度的不斷提高，同時被檢測物體不存在標記，檢測手段實時可控，檢測設(shè)備便攜可集成以及設(shè)備成本低廉等要求都是納米物體檢測得以發(fā)展的重要條件。當談到檢測人們下意識的去依賴眼見為實，然而納米尺度的檢測要解決的是一根頭發(fā)絲直徑的萬分之一大小物體，去追求親眼看到每一個物體的難度也就越來越高，就是這樣的需求促使光學(xué)傳感器向著微納米甚至更小量級去前進。微納米光學(xué)傳感器由于具有在單位模式體積內(nèi)極高的品質(zhì)因子和增強的光與物質(zhì)相互作用的能力，近年來得到了深入的研究。迄今為止，用顯微鏡和光譜系統(tǒng)已經(jīng)成功地檢測到了單分子，單一病毒和單個納米顆粒。然而，當前研究中所應(yīng)用的高品質(zhì)因子光學(xué)微腔和等離子器件技術(shù)存在諸如環(huán)境振動不穩(wěn)定、分析時間長和成本高等缺點。它們的廣泛使用受到嚴重阻礙，特別是在便攜式即時點護理設(shè)備中的使用。

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針對這些問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）宋清海團隊充分利用甲基銨三鹵化鉛（MAPbX3）鈣鈦礦的優(yōu)秀光電響應(yīng)能力，將鈣鈦礦光電探測器與氮化硅波導(dǎo)相結(jié)合，利用新型鹵化鉛鈣鈦礦和氮化硅波導(dǎo)制備了一種集成光電探測器，并展示了它們在片上集成光學(xué)傳感器中的潛力。研究人員使用了簡便易得的激光二極管入射光源，結(jié)合鈣鈦礦氮化硅波導(dǎo)集成光電探測器，成功測量了半徑約為70 nm的單個聚合物小球。器件通過將鹵化鉛鈣鈦礦納米片集成到Si3N4波導(dǎo)上并結(jié)合適宜的封裝，實現(xiàn)了鹵化鉛鈣鈦礦在極性溶液中測量納米級物體的突破，從而可將其用作復(fù)雜環(huán)境下的光學(xué)傳感器。與傳統(tǒng)的光電探測器件通過采集空間光信號從而實現(xiàn)光電探測所不同，該器件依靠的是集成波導(dǎo)倏逝波傳感，這種片上集成鈣鈦礦光電探測器的外量子效率可以高達0.2922 AW-1，證明了該器件性能與非集成類鈣鈦礦光電探測器一樣好，與此同時片上集成結(jié)構(gòu)體系使本器件擁有了檢測波導(dǎo)中光信號的微小變化的獨特能力。實驗中通過光電流的實時變化簡單地解決了半徑小至70-80nm的納米級物體的實時探測問題。由于光電探測器是片上集成的，因此該傳感系統(tǒng)僅需要常規(guī)的半導(dǎo)體激光二極管和已經(jīng)有完善的研究的光纖耦合系統(tǒng)支持就可以順利工作，極大的降低了設(shè)備成本并有助于便攜性的提高，能夠協(xié)助解決納米尺度物體的光電傳感器的長期存在的設(shè)備要求繁瑣檢測成本高昂的問題。值得注意的是，通過用鈣鈦礦二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)代替鈣鈦礦納米片，可以進一步改善片上集成傳感器的性能，特別是對于高溫度和高濕度條件下的應(yīng)用，具有極大的開發(fā)潛力和性能提升空間，本研究中提出的片上集成鈣鈦礦光學(xué)傳感器能夠在未來的商用終端傳感器和其他便攜式設(shè)備中發(fā)揮重要作用。

相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Optical Materials (DOI:10.1002/adom.201801308)上。

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